EKTOMIKORYZY Nowe biotechnologie w polskim szkó³karstwie leœnym Pod redakcj¹ Stefana Kowalskiego
Wydano na zlecenie Dyrekcji Generalnej Lasów Pañstwowych Warszawa 2007 Centrum Informacyjne Lasów Pañstwowych ul. Bitwy Warszawskiej 1920 r. nr 3 02-362 Warszawa tel. (0-22) 822 49 31, fax (0-22) 823 96 79 e-mail:cilp@cilp.lasy.gov.pl www.lp.gov.pl Wyniki badañ czêœciowo sfinansowano ze œrodków Narodowego Funduszu Ochrony Œrodowiska i Gospodarki Wodnej na zamówienie ministra œrodowiska Zdjêcia (pierwsza liczba, rzymska, oznacza numer rozdzia³u, druga, arabska, podrozdzia³u, a kolejna zdjêcia): archiwum LP (VIII.1.1, VIII.1.4, VIII.1.5, VIII.1.6, VIII.1.7, IX.15.2, IX.15.5), Kornelia Arent (VIII.1.3, od VIII.1.8 do VIII.1.19, od VIII.2.1 do VIII.2.7, od VIII.4.1 do VIII.4.7, VIII.4.9, VIII.4.10, VIII.4.12, od XI.22.1 do XI.22.3, XII.1), Mieczys³aw Kolasiñski (VIII.12.1, VIII.12.3, VIII.12.5, VIII.12.7, VIII.12.9, VIII.12.11, X.21.3, X.21.4), Bernard Konca (VIII.1.2), Stefan Kowalski (IV.1, IV.2, IV.3, VI.1, VI.2, VIII.4.8, VIII.4.11, VIII.4.13, VIII.4.14, od VIII.8.1 do VIII.8.4, VIII.12.2, VIII.12.4, VIII.12.6, VIII.12.8, VIII.12.10, VIII.12.12, IX.15.1, IX.15.3, IX.15.4, od IX.15.6 do IX.15.9, X.21.1, X.21.2, od X.21.5 do X.21.7), Wojciech Ocha³ (od XI.23.4 do XI.23.11), Stanis³aw Orze³ (od XI.23.1 do XI.23.3), Robert Pabian (XII.2 i XII.3), Józef Walczyk (od IX.13.1 do IX.13.5, od IX.14.1 do IX.14.16, od X.19.1 do X.19.4, X.20.1, X.20.2). Recenzje prof. dr hab. Zbigniew Sierota i dr in. Grzegorz Paw³owski Redakcja mgr in. Zbigniew Œwiêcicki Projekt ok³adki i redakcja techniczna Bo ena Wid³aszewska Korekta El bieta Kijewska ISBN 978-83-89744-35-7 Sk³ad i ³amanie ANTER s.c., Warszawa, Tamka 4 Druk DRUK-INTRO SA, ul. Œwiêtokrzyska 32, 88-100 Inowroc³aw
Spis treœci I. Wstêp............................................................ 9 SYMBIOZY MIKORYZOWE W TEORII I PRAKTYCE LEŒNEJ II. Grzyby ektomikoryzowe....................................... 11 III. Doœwiadczenia œwiatowe w praktycznym stosowaniu mikoryzacji sadzonek drzew leœnych historia i wspó³czesnoœæ............... 17 IV. Ekologiczne aspekty ektomikoryz od badañ podstawowych do praktycznego zastosowania w polskim leœnictwie................ 28 V. Potrzeby w zakresie produkcji sadzonek drzew leœnych szczepionych grzybami ektomikoryzowymi.............................. 38 VI. Polski model szkó³karstwa leœnego............................. 48 VII. Strategia Lasów Pañstwowych we wdra aniu technologii mikoryzacji sadzonek drzew leœnych................................... 59 MIKORYZACJA STEROWANA VIII. Sterowana mikoryzacja sadzonek ró nych gatunków drzew leœnych hodowanych technik¹ kontenerow¹............................. 73 1. Przyrodnicze uwarunkowania i postêp w hodowli sadzonek z zakrytym systemem korzeniowym................................... 73 2. Okreœlenie cyklu hodowlanego wybranych gatunków drzew i wybór pojemnika................................................... 92 3. Zasady postêpowania technologicznego przy stosowaniu polskiego biopreparatu z grzybem Hebeloma crustuliniforme w zabiegu sterowanej mikoryzacji sadzonek drzew leœnych...................... 101 4. Warunki hodowli i rozwoju sadzonek poddanych zabiegowi sterowanej mikoryzacji grzybem Hebeloma crustuliniforme w szkó³ce kontenerowej..................................................... 104 3
Spis treœci 5. Wp³yw rodzaju substratu hodowlanego i nawo enia mineralnego na wzrost i rozwój oraz skutecznoœæ zabiegu sterowanej mikoryzacji grzybem Hebeloma crustuliniforme i Laccaria bicolor sadzonek sosny zwyczajnej i œwierka pospolitego........................... 128 6. Zabiegi chemicznej ochrony roœlin, a technologie sterowanej mikoryzacji sadzonek drzew leœnych............................... 145 7. Wp³yw œrodków chemicznych stosowanych w szkó³kach leœnych w ochronie ró nych gatunków drzew na mikoryzy tworzone przez grzyb Hebeloma crustuliniforme, pochodz¹cy ze sterowanej mikoryzacji..................................................... 152 8. Wp³yw wybranych zapraw nasiennych na skutecznoœæ zabiegu sterowanej mikoryzacji siewek sosny zwyczajnej i dêbu szypu³kowego grzybem Hebeloma crustuliniforme........................... 160 9. Wp³yw genotypu na efekt wzrostowy mikoryzowanych jednolatek œwierka markery fenolowe.................................. 176 10. Dynamika zawartoœci barwników fotosyntetycznych w siewkach sosny zwyczajnej, szczepionych i nieszczepionych grzybami ektomikoryzowymi.................................................. 187 11. Aktywnoœæ kwaœnej fosfomonoesterazy zewnêtrznej powierzchni korzeni siewek sosny zwyczajnej, szczepionych i nieszczepionych grzybami ektomikoryzowymi..................................... 198 12. Charakterystyka morfologiczno-anatomiczna ektomikoryz sadzonek ró nych gatunków drzew leœnych, szczepionych biopreparatem z grzybem Hebeloma crustuliniforme......................... 203 IX. Sterowana mikoryzacja grzybem Hebeloma crustuliniforme sadzonek ró nych gatunków drzew leœnych z odkrytym systemem korzeniowym, hodowanych na substracie torfowym w korytach i w inspektach...................................................... 212 13. Przygotowanie pod³o a hodowlanego i biopreparatu do zabiegu sterowanej mikoryzacji......................................... 212 14. Siew punktowy nowym rozwi¹zaniem technologicznym w szkó³kach leœnych.................................................... 217 15. Warunki hodowli i rozwoju sadzonek ró nych gatunków drzew leœnych, poddanych zabiegowi sterowanej mikoryzacji.............. 235 16. Metody molekularne w monitorowaniu skutecznoœci zabiegu sterowanej mikoryzacji sadzonek drzew leœnych..................... 245 17. Wp³yw okresu u ytkowania substratu hodowlanego szczepionego biopreparatem z grzybem Hebeloma crustuliniforme na stan iloœciowy i jakoœciowy ektomikoryzy sosny zwyczajnej w kolejnych sezonach wegetacyjnych....................................... 252 4
Spis treœci X. Mo liwoœci poprawy jakoœci hodowlanej sadzonek sosny zwyczajnej z odkrytym systemem korzeniowym w szkó³kach gruntowych z wykorzystaniem technologii sterowanej mikoryzacji............ 258 18. Wykorzystanie zarodników Scleroderma citrinum Pers. do mikoryzacji sadzonek sosny zwyczajnej............................... 258 19. Mechanizacja procesu technologicznego zabiegu wprowadzania do gleby inokulum z grzybem Hebeloma crustuliniforme i siew punktowy nasion................................................ 263 20. Wp³yw zabiegu siewu punktowego i sterowanej mikoryzacji grzybem Hebeloma crustuliniforme na obsadê powierzchniow¹ sadzonek sosny zwyczajnej........................................ 271 21. Charakterystyka iloœciowa i jakoœciowa mikoryz sadzonek sosny zwyczajnej, poddanej i niepoddanej zabiegowi sterowanej mikoryzacji grzybem Hebeloma crustuliniforme........................ 276 XI. Ró nicowanie siê w uprawach leœnych parametrów wzrostowych, ywotnoœci i biomasy sadzonek drzew leœnych, poddanych i niepoddanych w szkó³ce kontenerowej zabiegowi sterowanej mikoryzacji grzybem Hebeloma crustuliniforme i Laccaria bicolor............ 289 22. Cechy morfologiczno-rozwojowe oraz prze ywalnoœæ sadzonek ró - nych gatunków drzew leœnych w uprawach doœwiadczalnych na gruntach nieleœnych i leœnych o ró nym stopniu degradacji....... 289 23. Biomasa sadzonek sosny zwyczajnej w uprawie doœwiadczalnej na rekultywowanym wyrobisku piasku i w terenie silnie ska onym imisjami przemys³owymi........................................ 336 24. Aktywnoœæ kwaœnej fosfomonoesterazy zewnêtrznej powierzchni korzeni mikoryzowych sadzonek sosny zwyczajnej, jak te fosfataz w glebie strefy ryzosferowej oraz pozaryzosferowej w uprawach na rekultywowanym wyrobisku piasku i w terenie silnie ska onym imisjami przemys³owymi........................................ 358 XII. Ekonomiczne uwarunkowania hodowli sadzonek ró nych gatunków drzew leœnych, poddanych zabiegowi sterowanej mikoryzacji..... 370 Literatura.................................................... 382
I. Wstêp Postêp techniczny w szkó³karstwie leœnym, zmierzaj¹cy do hodowli wysokiej jakoœci materia³u sadzeniowego sprawia, e coraz czêœciej zwraca siê uwagê na znaczenie mikoryz dla optymalnego wzrostu i rozwoju sadzonek drzew leœnych, zw³aszcza tych, które maj¹ byæ sadzone na glebach w ró ny sposób zdegradowanych (Pachlewski 1988, Kowalski 1997, Rudawska 2000, Szabla i Pabian 2003). Uwzglêdniaj¹c fakt, e wszystkie nasze drzewa leœne s¹ mikotroficzne, nale y zadbaæ, aby sadzonki wyhodowane w szkó³ce by³y wyposa one w mikoryzy w³aœciwe dla danego gatunku drzewa. Drzewa rosn¹ce w œrodowisku pozbawionym partnerów grzybowych, zdolnych do nawi¹zania w³aœciwego kontaktu mikoryzowego, wykazuj¹ zak³ócenia fizjologiczno-rozwojowe, choruj¹, a nawet gin¹. Pocz¹tkowo za najwa niejsz¹ funkcjê mikoryzy uwa ano zwiêkszenie powierzchni ch³onnej korzeni. Mufka grzybniowa bowiem ma du e znaczenie dla w³aœciwego zaopatrzenia roœlin w sole mineralne, gdy czêsto stanowi magazyn tych zwi¹zków. Strzêpki grzyba, wyrastaj¹ce z powierzchni ektomikoryzy, maj¹ sta³y kontakt ze œrodowiskiem glebowym i za pomoc¹ sieci strzêpek dostarczaj¹ roœlinie wodê wraz z substancjami pokarmowymi ze stosunkowo du ej odleg³oœci, wiêkszej ni penetracja systemu korzeniowego (Chalot i in., 1988). Obecnie chyba wiêksz¹ wagê przywi¹zuje siê do roli mikoryz w ³agodzeniu ró nego rodzaju stresów, którym poddawane s¹ roœliny, w tym równie podkreœla siê ich funkcje ochronne przed organizmami chorobotwórczymi, szczególnie tymi, które atakuj¹ systemy korzeniowe. Funkcje ochronne mikoryz w kontakcie roœliny z patogenem, w warunkach œrodowiska glebowego, s¹ z³o one i wielop³aszczyznowe. Powszechnoœæ wystêpowania w warunkach naturalnych ektomikoryzy u drzew leœnych oraz ich niezbêdna obecnoœæ dla optymalnego wzrostu i rozwoju drzew od dawna kierowa³a uwagê badaczy i leœników na praktyczne wykorzystanie tego zjawiska. Chodzi³o zw³aszcza o wprowadzanie grzybów mikoryzowych do gleb, na których drzewa nigdy przedtem nie ros³y lub do zdegradowanych mikrobiologicznie, w których nie ma grzybów zdolnych do nawi¹zania zwi¹zków mikoryzowych, w³aœciwych dla gatunków drzew u ytych do planowanego zalesiania takich obszarów. 7
I. Wstêp Stosunkowo du e nadzieje wi¹zano z praktycznym wykorzystaniem inokulum zawieraj¹cym zarodniki grzybów tworz¹cych ektomikoryzy. Zdaniem Marxa i Kenney a (1982) takie inokulacje by³y stosowane wczeœniej, nim wyjaœniono prawdziwy charakter zwi¹zków ektomikoryzowych. Do praktycznego wykorzystania tej techniki mikoryzacji sadzonek drzew leœnych nadaj¹ siê jednak tylko grzyby wytwarzaj¹ce olbrzymie masy zarodników, ³atwych do pozyskania. Chodzi g³ównie o grzyby z rodzaju Rhizopogon, Scleroderma czy Pisolithus. Obecnie na skalê gospodarcz¹ stosuje siê zwykle biopreparaty zawieraj¹ce inokulum wegetatywne wyselekcjonowanych grzybów ektomikoryzowych i zró nicowane techniki wprowadzania go w obrêb ryzosfery mikoryzowanych sadzonek. Dziêki takiemu sposobowi postêpowania mo na skutecznie wykluczyæ wp³yw szkodliwych mikroorganizmów na intensywn¹ hodowlê materia³u sadzeniowego. U ycie wegetatywnej grzybni stwarza mo liwoœæ selekcji grzybów o udowodnionym, niezwykle korzystnym dzia³aniu, które dobrze adaptuj¹ siê do poszczególnych miejsc upraw. W sytuacjach, w których w miejscu hodowli materia³u sadzeniowego nie mo na spodziewaæ siê naturalnej mikoryzacji sadzonek, nale y wprowadziæ mikoryzacjê kontrolowan¹, przy u yciu wyselekcjonowanych w laboratoriach grzybów ektomikoryzowych. W œwietle zadañ stoj¹cych przed polskim leœnictwem w zakresie efektywnego odnawiania i zalesiania gruntów leœnych zdegradowanych imisjami przemys³owymi, powierzchni po arzysk, gruntów porolnych, nieu ytków oraz terenów wzd³u autostrad zagadnienie hodowli materia³u sadzeniowego zaopatrzonego we w³aœciwe dla danego gatunku drzewa ektomikoryzy sta³o siê jednym z priorytetów w szkó³karstwie leœnym. Opracowana w Polsce metoda wytwarzania biopreparatu na bazie aktywnego szczepu W40 grzyba Hebeloma crustuliniforme, umo liwia wykonanie zabiegu sterowanej mikoryzacji, g³ównie sadzonek hodowanych metod¹ kontenerow¹ oraz na substratach torfowych w inspektach lub skrzyniach (Kowalski 2004). W tych technologiach hodowli materia³u sadzeniowego substrat hodowlany jest najczêœciej pozbawiony grzybów symbiotycznych, w³aœciwych dla danego gatunku hodowanej roœliny drzewiastej. Obecnie w Lasach Pañstwowych funkcjonuj¹ trzy laboratoria mikoryzowe, produkuj¹ce rocznie ponad 50 tysiêcy litrów biopreparatów z grzybami ektomikoryzowymi. W programie wdra ania sterowanej mikoryzacji uczestnicz¹ wybrane nadleœnictwa z terenu ca³ej Polski, a grzybami ektomikoryzowymi, g³ównie polskim biopreparatem opartym na grzybie H. crustuliniforme, szczepi siê co roku blisko 10 milionów sztuk sadzonek. Dalszy rozwój sterowanej mikoryzacji sadzonek drzew leœnych winien uwzglêdniaæ aktualn¹ strukturê i kierunki rozwoju szkó³karstwa leœnego w Polsce oraz efekty hodowlane, uzyskiwane w uprawach leœnych. Pierwsze wyniki doœwiadczeñ wydaj¹ siê wskazywaæ na znacznie lepszy rozwój sadzonek z zakrytym systemem korzeniowym, poddanych zabiegowi sterowanej mikoryzacji. Prof. dr hab. Stefan Kowalski
SYMBIOZY MIKORYZOWE W TEORII I PRAKTYCE LEŒNEJ
II. Grzyby ektomikoryzowe Prof. dr hab. Andrzej Grzywacz, Katedra Ochrony Lasu i Ekologii, Szko³a G³ówna Gospodarstwa Wiejskiego, ul. Nowoursynowska 159, 02-776 Warszawa Grzyby stanowi¹ grupê organizmów j¹drowych, zaliczanych dawniej do królestwa roœlin ni szych lub roœlin zarodnikowych. Obecnie, po stwierdzeniu zasadniczych ró nic miêdzy komórkami grzybów i roœlin, s¹ traktowane jako odrêbne królestwo organizmów, w randze systematycznej równej roœlinom i zwierzêtom. W szerokim pojêciu grzyby s¹ umieszczane w trzech podkrólestwach: grzyboroœla (Mycoprotoctista), grzybop³ywki (Chromista) i grzyby w³aœciwe (Fungi). Do grzybów w³aœciwych nale ¹ cztery typy (gromady): skoczkowe (Chytridiomycota), sprzê niakowe (Zygomycota), workowe (Ascomycota) oraz podstawkowe (Basidiomycota), a tak e do³¹czono sztuczny typ grzybów mitosporowych, niedoskona³ych ( Deuteromycota, Fungi imperfecti), niebêd¹cych formaln¹ grup¹ systematyczn¹, a ³¹cz¹c¹ gatunki grzybów podobne morfologicznie, o bezp³ciowym rozmna aniu (Grzywacz 2002). Grzyby tworz¹ce ektomikoryzy nale ¹ g³ównie do podstawkowych, znacznie rzadziej do workowych lub mitosporowych. Grzyby s¹ jedn¹ z najbogatszych w gatunki grup organizmów. Dok³adna ich liczba nie jest jednak znana. Szacuje siê, e mo e wynosiæ w œwiecie 1,2 1,5 mln. Do tej pory opisano ponad 320 tys. gatunków z licznymi synonimami oraz ró nymi stadiami rozmna ania. Czêœæ grzybów jest pleomorficzna, czyli wytwarza stadium p³ciowe (doskona³e), g³ównie workowe oraz bezp³ciowe (niedoskona³e, konidialne). Dlatego grzyb jako ca³oœæ, w pojêciu wszystkich jego form i mo liwoœci rozwojowych, nazywamy holomorf¹. Stadium p³ciowe jest zwane teleomorf¹, a bezp³ciowe anamorf¹. U niektórych grzybów mog¹ wystêpowaæ np. 2, 3 anamorfy. Wszystkie stadia maj¹ odrêbne nazwy ³aciñskie i czêsto by³y opisane niezale nie przez ró nych autorów, dlatego wœród grzybów panuje taki pozorny chaos nazewnictwa. Nazwa holomorfy jest typowana przez formê p³ciow¹. Sposób rozmna ania u grzybów jest 11
Symbiozy mikoryzowe w teorii i praktyce leœnej wa n¹ cech¹ diagnostyczn¹. Dlatego realnych gatunków, tzw. dobrych, po licznych rewizjach i krytycznych opracowaniach jest obecnie ponad 82 tys. (Kirk i in. 2001). W Polsce potencjalnie mo e wystêpowaæ oko³o 12 14 tys. gatunków grzybów, z czego do tej pory zarejestrowano tylko blisko 8 tys., w tym ponad 4 tys. grzybów wielkoowocnikowych, 1,6 tys. grzybów lichenizowanych (porostów) i ok. 2 tys. grzybów mikroskopijnych (Grzywacz 1999). Najs³abiej rozpoznane s¹ grzyby mikroskopijne. W zale noœci od Ÿród³a substancji organicznych, z których grzyby pobieraj¹ sk³adniki pokarmowe, co czêsto zwi¹zane jest z okreœlonym sposobem ycia, dzieli siê je na cztery grupy ekologiczne: saprobionty (saprotrofy, roztocza), paso yty, nadpaso yty i symbionty. Grzyby symbiontyczne najczêœciej wspó³ yj¹ z sinicami, glonami, w¹trobowcami, paprotnikami, roœlinami nasiennymi i owadami. Wspó³ ycie grzybów z korzeniami krótkimi roœlin nasiennych, przedroœlami paprotników i ryzoidami w¹trobowców nazywamy mikoryz¹ (grzybokorzeñ), co jest powszechnym i starym ewolucyjnie zjawiskiem przyrodniczym, wystêpuj¹cym u blisko 90% roœlin nasiennych. Do powstania wspó³ ycia w formie mikoryzy jest potrzebne wzajemne oddzia³ywanie warunkuj¹cych je genów obu partnerów, a tak e wiele innych czynników biotycznych i abiotycznych, w tym okreœlonych gatunków bakterii, tzw. helperów. Jak wiemy, roœliny tworz¹ce mikoryzy uzyskuj¹ wiêksz¹ powierzchniê ch³onn¹ i dostêp do substancji pokarmowych, rozk³adanych przez grzybniê enzymatycznie na zewn¹trz i nastêpnie wch³anianych osmotycznie do wnêtrza strzêpek grzybów. Dziêki temu s¹ bardziej od ywione, zaopatrzone w wodê i chronione przed grzybami chorobotwórczymi, lepiej te toleruj¹ ró nego typu stresy, pojawiaj¹ce siê podczas ca³ego okresu wegetacji. Grzyby od roœlin uzyskuj¹ produkty asymilacji, substancje wzrostowe i witaminy. W przyrodzie wystêpuje ró norodnoœæ form morfologicznych i anatomicznych mikoryz, st¹d powsta³o wiele propozycji ich podzia³ów na typy i podtypy. Szczegó- ³ow¹ charakterystykê w stosunku do drzew leœnych mikoryz endotroficznych, ektendotroficznych, ektotroficznych, perytroficznych i pseudomikoryz mo na znaleÿæ w opracowaniu Kowalskiego (1998), a w monografii Smitha i Read (1997) opisy funkcji, roli i znaczenia mikoryz w œwiecie roœlin. Ektomikoryzy i ich znaczenie oraz zastosowanie w leœnictwie szczegó³owo opisano w zbiorowej monografii pod redakcj¹ M. Rudawskiej (2000). W Niemczech na zarejestrowanych 4385 gatunków grzybów wielkoowocnikowych (czyli podstawczaków i workowców wytwarzaj¹cych owocniki o umownych wymiarach powy ej 5 mm), za tworz¹ce ektomikoryzy uznaje siê ponad 1400 gatunków, czyli 32% (Daten zur Natur 1997). W Polsce sytuacja jest podobna. Wojewoda (2003) w Krytycznej liœcie wielkoowocnikowych grzybów podstawkowych Polski wymienia 2550 gatunków, dotychczas stwierdzonych w naszym kraju i krytycznie, szczegó³owo opracowanych. W tabeli II.1. wymieniono 55 rodzajów i 875 gatunków grzybów ektomikoryzowych, co oznacza, e a 34% wielkoowocnikowych grzybów podstawkowych jest zdolnych do tworzenia tego typu mikoryz. Wiêkszoœæ rodzajów ma w swoim zestawie wy³¹cznie gatunki mikoryzowe, inne rodzaje sk³adaj¹ siê tak e z gatunków o saprotroficznym lub paso ytniczym trybie ycia. Wiedza o uzdolnieniach mikoryzowych grzybów nie jest pe³na. Czêsto nie wiemy, czy 12
II. Grzyby ektomikoryzowe s¹ obligatoryjnie mikoryzowe, czy te mikoryzy tworz¹ fakultatywnie, albo s¹ wy- ³¹cznie roztoczami, ale wystêpuj¹cymi w doœæ okreœlonych miejscach, pod konkretnymi gatunkami drzew, przez co sprawiaj¹ wra enie gatunków mikoryzowych. Dziesiêæ najbogatszych w gatunki rodzajów grzybów ektomikoryzowych: g¹ska, go³¹bek, mleczaj, muchomor, ³ysiczka, strzêpiak, wieruszka, w³oœnianka, wodnicha, zas³onak skupia ponad 84% wszystkich gatunków tego typu grzybów. Oczywiœcie wœród analizowanych grzybów ektomikoryzowych s¹ gatunki bardzo pospolite, czêste i rzadkie oraz bardzo rzadkie, znajduj¹ce siê pod ochron¹ œcis³¹. Tabela II.1. Rodzaje grzybów podstawkowych tworz¹cych w Polsce ektomikoryzy z drzewami leœnymi Lp. Nazwa ³aciñska Nazwa polska Liczba wystêpuj¹cych u nas gatunków mikoryzowych 1 2 3 4 1 Albatrellus bielaczek (nazimek) 5 2 Amanita muchomor 23 3 Amphinema strzêpkob³onka 2 4 Astraeus promieniak 1 5 Boletinus borowiczek 1 6 Boletus borowik 15 7 Byssoporia w³óknoporka 1 8 Cantharellus pieprznik (kurka) 6 9 Catathelasma dwupierœcieniak 1 10 Chalciporus maœlaczek 1 11 Chamonixia borowiczka 1 12 Chroogomphus klejek 2 13 Coltricia stu³ka 2 14 Cortinarius zas³onak ok. 200 15 Craterellus lejkowiec 1 16 Entoloma wieruszka (dzwonkówka) ok. 50 17 Geastrum gwiazdosz ok. 15 18 Gomphidius klejówka 3 19 Gyrodon lejkoporek (zêbiak) 1 20 Gyroporus piaskowiec 2 21 Hebeloma w³oœnianka ok. 30 22 Hydnangium piestróweczka 2 23 Hydnum kolczak 2 24 Hygrocybe wilgotnica ok. 12 13
Symbiozy mikoryzowe w teorii i praktyce leœnej Tabela II.1. cd. 14 Lp. Nazwa ³aciñska Nazwa polska Liczba wystêpuj¹cych u nas gatunków mikoryzowych 1 2 3 4 25 Hygrophorus wodnicha ok. 35 26 Hymenogaster podziemniczek 4 27 Inocybe strzêpiak (w³ókniak) 90 28 Laccaria lakówka 9 29 Lactarius mleczaj (rydz) ok. 75 30 Leccinum koÿlarz 12 31 Leucocortinarius bia³ozas³onak 1 32 Leucogaster bia³obrzuszek 1 33 Melanogaster czarnobrzuszek 3 34 Naucoria olszóweczka 14 35 Octavianina podziemka 1 36 Paxillus krowiak 2 37 Phylloporus poroblaszek 1 38 Piloderma w³ososkórka 2 39 Pisolithus purchatnica 1 40 Porphyrellus grzybiec 1 41 Pseudocraterellus lejkowniczek 1 42 Psilocybe ³ysiczka ok. 25 43 Pulveroboletus z³otak 1 44 Ramaria koralówka (ga³êziak) ok. 15 45 Rhizopogon piestrówka 4 46 Rozites p³achetka 1 47 Russula go³¹bek (surojadka) ok. 110 48 Scleroderma têgoskór 7 49 Sclerogaster piestrownik 1 50 Strobilomyces szyszkowiec 1 51 Suillus maœlak 12 52 Thelephora chropiatka (otocznica) 8 53 Tricholoma g¹ska ok. 50 54 Tylopilus goryczak 1 55 Xerocomus podgrzybek 7 Zestawiono na podstawie opracowania Wojewody (2003).
II. Grzyby ektomikoryzowe Tabela II.2. Rodzaje grzybów workowych tworz¹cych w Polsce ektomikoryzy z drzewami leœnymi Lp. Nazwa ³aciñska Nazwa polska Liczba wystêpuj¹cych u nas gatunków mikoryzowych 1 Choiromyces piestrak 1 2 Elaphomyces jeleniak 8 3 Hydnobolites hydnobolites 1 4 Tuber trufla 8 5 Cenococcum* czarniak* 1 * Grzyb niedoskona³y bêd¹cy anamorf¹, stadium bezp³ciowym gatunku z rodzaju Elaphomyces. Zestawiono na podstawie opracowania awrynowicz (1988). Znacznie skromniejsz¹ wiedzê posiadamy o ektomikoryzowych uzdolnieniach grzybów workowych. W tabeli II.2. przedstawiono cztery rodzaje z 18 gatunkami oraz dodatkowo, np. u korzeni sosny, doœæ czêsty czarniak, który jest anamorf¹ jeleniaka (ale ze wzglêdu na bezp³ciowe rozmna anie zaliczany do grzybów mitosporowych). Wydaje siê, e wœród workowców nie tylko podziemne grzyby wielkoowocnikowe mog¹ tworzyæ ektomikoryzy, ale potwierdzenie tych przypuszczeñ wymaga dalszych badañ mikologicznych. Bardziej znane wielkoowocnikowe grzyby workowe s¹ saprotroficzne, nie tworz¹ mikoryz, np. czarki (Sarcoscypha), dzie ki (Aleuria), koronica (Sarcosphaera), piestrzenice (Gyromitra), piestrzyce (Helvella), smardze (Morchella), uchówka (Otidea). Jak z przedstawionych wykazów wynika, w polskich warunkach przyrodniczoleœnych prawie 900 gatunków grzybów mo e tworzyæ ektomikoryzy. W leœnictwie europejskim do sztucznej mikoryzacji stosuje siê zazwyczaj niektóre z 12 gatunków grzybów (tab. II.3.). W polskim leœnictwie do tych celów u ywamy praktycznie tylko 2 lub 3 gatunki, g³ównie w³oœniankê i lakówkê. Spoœród gatunków grzybów ektomikoryzowych do sztucznej mikoryzacji sadzonek wybiera siê te, które s¹ charakterystyczne w naturze dla m³odego wieku drzew, g³ównie towarzysz¹ce sadzonkom, wystêpuj¹ce w uprawach i m³odnikach. Nie stosuje siê natomiast grzybów wspó³ yj¹cych z drzewami w starszym wieku tyczkowiny, dr¹gowiny, drzewostanu dojrza³ego. Dotyczy to, na przyk³ad, bardzo pospolitych: podgrzybka brunatnego (Xerocomus badius) i goryczaka ó³ciowego (Tylopilus felleus), tworz¹cych mikoryzy dopiero z drzewami w starszym wieku, podobnie jak p³achetka ko³pakowata (Rozites caperata), pospolita w niektórych czêœciach Polski, a w innych rzadko lub niewystêpuj¹ca wcale. Do mikoryzacji stosuje siê takie gatunki, które doœæ ³atwo wchodz¹ w kontakty mikoryzowe z ró nymi rodzajami drzew, nie u ywa siê natomiast grzybów pod tym wzglêdem w¹sko wyspecjalizowanych, tworz¹cych ektomikoryzy tylko z jednym rodzajem lub gatunkiem drzew. Na przyk³ad koÿlarz grabowy (Leccinum grisem), wspó³ yj¹cy z grabami, koÿlarz czerwony (L. rufum) z osikami, koÿlarz babka (L. scabrum) z brzozami, maœlak limbowy (Suillus plorans) i maœlak syberyjski (S. sibiricus) tylko z sosn¹ limb¹, maœlak wejmutkowy (S. placidus) z sosn¹ wejmutk¹, maœlak 15
Symbiozy mikoryzowe w teorii i praktyce leœnej Tabela II.3. Gatunki grzybów czêœciej stosowane w leœnictwie europejskim do sztucznej mikoryzacji sadzonek drzew leœnych Nazwa ³aciñska Basidiomycetes Amanita muscaria (L.: Fr.) Hook Hebeloma crustuliniforme (Bull.) Qúel. Hebeloma mesophaeum (Pers.) Qúel. Laccaria bicolor (Maire) P. D. Orton Laccaria laccata (Scop.: Fr.) Berk. et Broome Pisolithus arrhizus (Scop.: Pers) S. Rauschert = P. tinctorius (Pers.) Coker et Couch Rhizopogon roseolus (Corda) Th. M. Fries = R. rubescens (Tul. et Tul.) Tul. Scleroderma citrinum Pers. Suillus bovinus (L.: Fr.) Roussel Suillus collinitus (Fr.) O. Kuntze Thelephora terrestris Ehr. ex Willd.: Fr. Deuteromycota Cenococcum geophilum Fr.* Nazwa polska Podstawczaki muchomor czerwony w³oœnianka rosista w³oœnianka brunatna lakówka dwubarwna lakówka pospolita purchatnica piaskowa piestrówka ró owawa têgoskór cytrynowy (pospolity) maœlak sitarz maœlak rdzawobr¹zowy chropiatka pospolita Grzyby niedoskona³e czarniak pospolity* * Anamorfa, stadium bezp³ciowe Elaphomyces jeleniaka, podziemnego grzyba workowego (Ascomycota). Nazwy grzybów wed³ug opracowania Wojewody (2003). trydencki (S. tridentinus) z modrzewiami. W odró nieniu od podanych przyk³adów, krowiak podwiniêty (Paxillus involutus) tworzy ektomikoryzy z ró nymi gatunkami dêbów, brzóz, olsz, sosen, œwierków oraz innych drzew liœciastych i iglastych. Muchomor czerwony (Amanita muscaria) tworzy czêsto mikoryzy zarówno z sosnami jak i brzozami. Nale y przypuszczaæ, e w miarê postêpu wiedzy o mikoryzach drzew leœnych lista wykorzystywanych gatunków grzybów, z zastosowaniem coraz bardziej wyspecjalizowanych, bêdzie siê rozszerzaæ. Byæ mo e w przysz³oœci, obok mikoryzacji sadzonek w szkó³kach, bêdziemy domikoryzowywaæ drzewa starsze lub sêdziwe drzewa pomnikowe w celu poprawienia ich stanu zdrowotnego, a tak e drzewa rosn¹ce na obszarach zurbanizowanych, w szczególnie niekorzystnych warunkach œrodowiskowych. W naszym kraju pocz¹tki takich zabiegów maj¹ ju praktycznie miejsce w stosunku do drzew parkowych, przydro nych i ozdobnych (Kubiak 2006).
III. Doœwiadczenia œwiatowe w praktycznym stosowaniu mikoryzacji sadzonek drzew leœnych historia i wspó³czesnoœæ Prof. dr hab. Maria Rudawska, dr Tomasz Leski, Pracownia Badania Mikoryz, Instytut Dendrologii PAN, ul. Parkowa 5, 62-035 Kórnik Wstêp Biologiczna zale noœæ wiêkszoœci gatunków drzew leœnych od symbiotycznych zwi¹zków ektomikoryzowych zauwa ona zosta³a niemal z chwil¹ odkrycia i opisania zjawiska mikoryzy przez pierwszych badaczy Franciszka Kamieñskiego i Alberta Bernharda Franka jeszcze pod koniec XIX wieku. Praktycznie przekonano siê o nieodzownoœci grzybów mikoryzowych do wzrostu i rozwoju drzew na pocz¹tku XX wieku, podczas prób wprowadzania egzotycznych sosen na tereny, gdzie gatunki te dot¹d nie wystêpowa³y, w: zachodniej Australii, Filipinach, po³udniowej i œrodkowej Afryce, na Jawie, Sumatrze, a tak e wyspach Ameryki Œrodkowej Portoryko, Trynidad, Jamajka, Kostaryka. Z powodu braku w glebie odpowiednich symbiontów mikoryzowych uprawy siê tam nie udawa³y. Po wprowadzeniu do pod³o a grzybów mikoryzowych wraz z gleb¹ pobran¹ z terenów naturalnego wystêpowania drzew, zaczyna³y siê one rozwijaæ prawid³owo. Od tego momentu w wielu krajach na œwiecie rozpoczêto badania nad zastosowaniem szczepionki mikoryzowej, która poprawi³aby wzrost drzew oraz prze ywalnoœæ siewek i sadzonek na plantacjach, zak³adanych przede wszystkim na terenach trudnych i zdegradowanych, takich jak: nieu ytki poprzemys³owe, a szczególnie ha³dy pokopalniane, poligony, po arzyska, grunty porolne itp. Wiêkszoœæ badañ poœwiêconych praktycznemu stosowaniu mikoryzacji sadzonek drzew leœnych opiera siê na za³o eniu, e jakakolwiek mikoryza na siewkach oraz sadzonkach przeznaczonych do zalesieñ i nasadzeñ jest du o lepsza ni adna, jak te e pewne gatunki grzybów ektomikoryzowych s¹ w okreœlonych warunkach bardziej efektywnymi symbiontami drzew ni inne (Marx 1991). Przyjêcie obu tych za³o eñ zmusi³o badaczy do podjêcia prac nad selekcj¹ grzybów ektomikoryzowych o szczególnie po ¹danym dzia³aniu na wzrost siewek i sadzonek. 17
Symbiozy mikoryzowe w teorii i praktyce leœnej Szczepionka naturalna zawieraj¹ca zarodniki, grzybniê i mikoryzy Najwczeœniejsz¹ form¹ szczepienia (inokulacji) gleb grzybami mikoryzowymi by³o stosowanie naturalnego pod³o a pochodz¹cego z lasu, plantacji czy szkó³ki, gdzie z regu³y znajduj¹ siê tzw. propagule grzybów mikoryzowych, czyli: zarodniki, grzybnia, sznury grzybniowe, sklerocja i mikoryzy. Jedne z pierwszych opublikowanych danych na temat korzystnego wp³ywu inokulacji naturaln¹ szczepionk¹ mikoryzow¹ pochodz¹ z Australii i zosta³y podsumowane przez Bowena (1966). Zalesienia na wielk¹ skalê sosnami Pinus pinaster i P. radiata w zachodniej Australii rozpoczêto w roku 1920 od za³o enia 14 nowych szkó³ek leœnych. Jakoœæ produkowanych w nich siewek i sadzonek by³a bardzo s³aba, nie mia³y mikoryz, by³y kar³owate. Ani nawo enie, ani nawadnianie nie poprawia³o jakoœci siewek dopóty, dopóki do pod³o a szkó³kowego nie domieszano gleby spod sosny ze starych szkó³ek lub plantacji sosnowych. Na tej podstawie wysnuto jednoznaczny wniosek, e przyczyn¹ z³ej jakoœci sadzonek jest brak mikoryz, a metod¹ uzyskania dobrej jakoœci sadzonek egzotycznych iglaków w nowych szkó³kach zachodniej Australii jest inokulacja pod³o a gleb¹ ze starych, dobrze zmikoryzowanych szkó³ek lub plantacji (Kessel 1927). Podobnie próby wprowadzania sosny na kontynent afrykañski, rozpoczête w Afryce Po³udniowej w po³owie XIX wieku, nie udawa³y siê dopóty, dopóki do pod- ³o a nie domieszano gleby pobranej ze szkó³ki w Holandii, zawieraj¹cej bez w¹tpienia propagule grzybów mikoryzowych. Odt¹d, za namow¹ pracowników Ogrodu Botanicznego Kew Gardens w Wielkiej Brytanii, stosowanie takiej naturalnej szczepionki glebowej sta³o siê powszechn¹ praktyk¹ w Afryce, co umo liwi³o za- ³o enie plantacji sosnowych Pinus radiata i P. patula w: Kenii, Tanzanii, Ugandzie, Rodezji, Malawii, Zambii, Nigerii, Gambii, Senegalu, Sierra Leone czy Wybrze u Koœci S³oniowej. Palmer i Pitman (1961) podaj¹, e nabywcy z Kongo, kupuj¹c nasiona sosny w Afryce Po³udniowej, by za³o yæ now¹ plantacjê, na ogó³ ¹dali odpowiedniej iloœci gleby ze starej, w celu przeprowadzenia naturalnej inokulacji (Gibson 1963, Le Tacon i wsp. 1987, Mikola 1970). Europa nale y do umiarkowanej i ch³odnej strefy klimatycznej, zdominowanej przez lasy, w których najliczniejsze s¹ drzewa ektomikoryzowe. W takich warunkach niemal wszystkie naturalne gleby zawieraj¹ propagule ró nych gatunków grzybów mikoryzowych i st¹d przy odnowieniach oraz zalesianiu dodatkowa mikoryzacja, do jakiej musieli uciekaæ siê leœnicy w Australii czy Afryce, na ogó³ nie jest potrzebna. Jeœli jednak by³a stosowana, to dawa³a niewielki lub aden efekt. Istnia- ³y jednak w Europie obszary bezleœne, jak np. stepy po³udniowej Rosji, na których nie by³o naturalnych populacji grzybów mikoryzowych. W latach czterdziestych i piêædziesi¹tych XX wieku, w ówczesnym Zwi¹zku Radzieckim, wiele badañ poœwiêcono inokulacji mikoryzowej dêbów i jej praktycznemu zastosowaniu do tworzenia pasów ochronnych na stepach. W roku 1949 ukaza³a siê praca Vanina pt.: Mikoryza i jej znaczenie w zalesianiu stepów, bêd¹ca przegl¹dem prac, g³ównie badaczy rosyjskich. Autor podkreœla w niej potrzebê szczepienia plantacji dêbowych, zak³adanych na stepach, przy u yciu gleby ze starych, dobrze zmikoryzowa- 18
III. Doœwiadczenia œwiatowe w praktycznym stosowaniu mikoryzacji sadzonek drzew... nych drzewostanów. Doœwiadczenia inokulacji siewek dêbu przeznaczonych na pasy ochronne w okolicach Stavropola prowadzi³a Fedotova (1956). By³y to jedne z pierwszych badañ, które wykaza³y, e siewki wyhodowane z o³êdzi traktowanych gleb¹ pobran¹ ze stanowisk dêbu lub czystymi kulturami grzybów mikoryzowych lepiej ros³y i rozwija³y bogato rozga³êziony, zmikoryzowany system korzeniowy. Gleba pobrana z miejsc, gdzie dêby wykazywa³y obfite, a przy tym zró nicowane mikoryzy i zastosowana w trakcie siewu lub kie³kowania o³êdzi (jako podsypka w miedzyrzêdzia lub domieszka do substratu, w którym kie³kowa³y o³êdzie po stratyfikacji), wp³ywa³a stymuluj¹co na wzrost siewek dêbu Q. robur (Mojko 1966). Mishustin i Shemakhanova (1964) podkreœlaj¹, e pozytywne dzia³anie takiej naturalnej inokulacji mikoryzowej, wykonanej zarówno na etapie wzrostu w szkó³ce leœnej jak i na uprawie, mo e trwaæ wiele lat. Najlepsze wyniki uzyskano na terenach suchych stepów lub w regionach pó³pustynnych. Zastosowanie gleby zawieraj¹cej propagule grzybów mikoryzowych obni a³o znacznie œmiertelnoœæ siewek. Autorzy podaj¹, e na ka d¹ siewkê dêbu nale a³oby zastosowaæ na czarnoziemach 30 g podsypki z gleby zawieraj¹cej grzybniê mikoryzow¹, a 50 g na glebach ubo szych (to jest odpowiednio 100 i 170 kg/ha). Pushkinskaja i Mishustin (1963) podkreœlaj¹, e jednoczesne dodanie nawozów wzmaga³o proces kolonizacji mikoryzowej i wzrost dêbów. Problem braku w glebie przeznaczonej do zalesieñ naturalnych populacji grzybów mikoryzowych dotyczy³ tak e terenów w rejonie Morza Œródziemnego, które zosta³y wylesione setki, a nawet tysi¹ce lat temu. Tam jednak e (Hiszpania, W³ochy), na skutek stosunkowo ³atwego przenoszenia zarodników grzybów mikoryzowych przez wiatr, setki tysiêcy hektarów zosta³o obsadzonych i naturalna szczepionka glebowa nigdy nie by³a praktykowana. Jednak badania porównawcze wyraÿnie wykaza³y, e zarówno prze ywalnoœæ jak i pocz¹tkowe tempo wzrostu siewek mo na by³o znacznie poprawiæ poprzez inokulacjê, szczególnie gdy plantacje zak³adane by³y z dala od du ych kompleksów leœnych. Pokaza³y to np. doœwiadczenia z P. radiata na Sardynii, gdzie sosna ta przedtem nie by³a uprawiana (Eccher, Rambelli 1966). Choæ siewki wykazywa³y przejawy pewnego zmikoryzowania, to dodanie gleby ze starych plantacji sosnowych znacznie zwiêkszy³o ró norodnoœæ mikoryz, a oprócz wyraÿnych przejawów stymulacji wzrostu, naturalna mikoryzacja spowodowa³a masowe pojawienie siê wokó³ sosen owocników Suillus granulatus. Doœwiadczenia te wykaza³y, e naturalna szczepionka glebowa jest doskona- ³ym Ÿród³em nowych i bardziej skutecznych symbiontów mikoryzowych, a jej zastosowanie mo e byæ proste, a przy tym korzystne dla wzrostu siewek nawet w glebach zawieraj¹cych pewne gatunki grzybów mikoryzowych. Idea inokulacji mikoryzowej zosta³a wprowadzona stosunkowo wczeœnie tak e w Polsce, gdzie prof. Tadeusz Dominik ju na pocz¹tku lat 50. XX wieku sugerowa³ koniecznoœæ wprowadzania na tereny przez wiele lat uprawiane rolniczo, a przeznaczone do zalesieñ, mikrobiocenoz drzew leœnych (1958, 1961a, b). Podkreœla³ przy tym, e choæ w bardzo d³ugo uprawianych lub od³ogowanych gruntach porolnych znajduj¹ siê inokula grzybów mikoryzowych, to jest ich niewiele i nale ¹ one do symbiontów mniej korzystnych dla wczesnych stadiów wzrostu i rozwoju siewek. Jako najlepsz¹ metodê inokulacji gleb porolnych zaleca³ wysadzanie bardzo dobrze 19
Symbiozy mikoryzowe w teorii i praktyce leœnej zmikoryzowanych siewek pochodz¹cych ze szkó³ek leœnych, a ponadto aplikacjê gleby leœnej w celu poprawy aktywnoœci biologicznej gleby porolnej (Dominik 1961b). Zastosowanie, jako sposobu mikoryzacji, siewek z dobrze ukszta³towan¹ mikoryz¹ wypróbowane zosta³o po raz pierwszy w Indonezji i jest tam nadal wykorzystywane, nosz¹c nazwê metody indonezyjskiej (Mikola 1970). Technika ta nie ró ni siê wiele od metody, w której jako Ÿród³o inokulum stosuje siê glebê pochodz¹c¹ spod drzew z obfit¹ mikoryz¹. Do dziœ glebowa szczepionka naturalna bywa stosowana, gdy istnieje koniecznoœæ wprowadzenia populacji leœnych mikroorganizmów glebowych na tereny, które s¹ ich pozbawione (gleby porolne, nieu ytki poprzemys³owe, stepy, prerie). G³ównym zastrze eniem do tej metody jest ryzyko mimowolnego wprowadzenia ró nych patogenów lub grzybów truj¹cych. W ten sposób zawleczony zosta³ z Europy do po³udniowej Afryki i Ameryki œmiertelnie truj¹cy muchomor sromotnikowy Amanita phalloides (Mikola 1970). Ponadto w przypadku szczepionki glebowej inokulum pochodzi³o na ogó³ z doros³ych plantacji, gdzie sk³ad gatunkowy grzybów ektomikoryzowych by³ niekontrolowany, a inokulum by- ³o czêsto zaka one patogenami wywo³uj¹cymi paso ytnicz¹ zgorzel siewek (Pythium sp., Rhizoctonia sp., Fusarium sp., Phytophthora sp.), a tak e zawiera³o nasiona chwastów. St¹d szczepionkê naturaln¹ opart¹ na inokulum glebowym stopniowo zastêpowano szczepionkami na bazie owocników, zarodników grzybowych i czystych kultur grzybów mikoryzowych, hodowanych na ró nych pod³o ach. Zastosowanie owocników pewnych grzybów mikoryzowych okaza³o siê skutecznym i stosunkowo prostym sposobem mikoryzacji, mo liwej do zastosowania nawet na ma³¹ skalê w szkó³kach leœnych czy niewielkich uprawach. Owocniki grzyba piestrówka ó³tawa (Rhizopogon luteolus) wykorzystywano z powodzeniem do inokulacji gleby w szkó³kach zachodniej Australii ju od roku 1920 (Kessel, Stoate 1938). Podobna praktyka stosowana by³a tak e na Filipinach (Lamb 1966), a korzystny wp³yw inokulacji eukaliptusa owocnikami grzyba Pisolithus tinctorius zosta³ opisany w po- ³udniowej Afryce (Palmer, Pitman 1961). W Europie po raz pierwszy u yto owocników okreœlonych gatunków grzybów mikoryzowych do inokulacji gleby w szkó³ce Wareham Heath w Anglii. Owocniki grzyba Rhizopogon luteolus wprowadzano do gleby naturalnie zaka onej innym grzybem mikoryzowym Suillus bovinus, z którym jednak siewki nie wchodzi³y w mikoryzê. Zaszczepienie to spowodowa³o poprawê wzrostu wielu gatunków drzew, w tym Pinus nigra (Levisohn 1956). W ramach zak³adania pasów ochronnych na stepach dawnego Zwi¹zku Radzieckiego Veselkov (1975) zaleca³ do inokulacji siewek dêbu owocniki prawdziwka (Boletus edulis). Czêœæ hymenoforu zawieraj¹c¹ zarodniki nale y odci¹æ od reszty owocnika, poci¹æ na kawa³ki wielkoœci 1 2 cm 3 i lekko przesuszyæ przez oko³o 1,5 godziny. Nastêpnie podsuszone kawa³ki grzybni trzeba zmieszaæ z gleb¹ i umieœciæ na g³êbokoœci 1,5 cm. Wed³ug autora tej metody jest to bardzo skuteczny sposób na zwiêkszenie produktywnoœci siewek dêbu w szkó³kach leœnych, czy te wprowadzenie odpowiednich symbiontów na stanowiska, na których dot¹d nie by³o dêbu. Stosowanie szczepionki zarodnikowej jest ³atwe i stosunkowo niedrogie. Zarodniki nie wymagaj¹ hodowli w warunkach sterylnych, jednak e szczepionka zarod- 20
III. Doœwiadczenia œwiatowe w praktycznym stosowaniu mikoryzacji sadzonek drzew... nikowa ma wiele wad. Przede wszystkim wymaga bardzo du ych iloœci zarodników (1 2 mg na jedn¹ siewkê). Mo na wiêc t¹ metod¹ wprowadzaæ do szkó³ek tylko nieliczne gatunki grzybów, które produkuj¹ du o owocników z licznymi zarodnikami, jak Pisolithus tinctotius, Scleroderma czy gatunki z rodzaju Rhizopogon. W niektórych sezonach wegetacyjnych brak owocników uniemo liwia zbiór zarodników. Ponadto mikoryzy, które tworz¹ siê z kie³kuj¹cych zarodników, rozwijaj¹ siê na ogó³ 3 4 tygodnie d³u ej ni mikoryzy powsta³e ze szczepionki wegetatywnej tego samego gatunku. Wreszcie ró norodnoœæ genetyczna i fizjologiczna szczepionki zarodnikowej mo e byæ olbrzymia, szczególnie je eli zarodniki s¹ zbierane z ró nych obszarów geograficznych oraz spod ró nych gatunków drzew gospodarzy i ³¹czone w jedn¹ szczepionkê. Zanim jednak opracowano do inokulacji preparaty oparte na czystych kulturach grzybów mikoryzowych, szczepionki zarodnikowe P. tinctorius, Rhizopogon vinicolor i R. colossus by³y stosowane na œwiecie na skalê doœwiadczaln¹ lub produkcyjn¹ do inokulacji ró nych gatunków drzew iglastych. W Australii, w celu intensyfikacji tworzenia mikoryz oraz poprawy wzrostu siewek, mieszano nasiona P. radiata z zarodnikami grzybów z rodzaju Rhizopogon i Suillus (Lamb, Richards 1974, Theodorou 1971, Theodorou, Bowen 1973). Najwiêcej prac zastosowania zarodników do szczepienia gleb leœnych wykonano w Instytucie Badañ Mikoryzowych w Athens w USA. Wiêkszoœæ uwagi poœwiêcono jednemu gatunkowi grzyba P. tinctorius, ze wzglêdu na jego znaczny zasiêg geograficzny, niespecyficznoœæ wzglêdem gospodarzy i tolerancjê na stresy œrodowiska. Szczepionki zarodnikowe by³y skuteczne w ró nych formach (Marx i wsp. 1984, Marx, Bell 1985): a) mieszane z piaskiem, glin¹ lub wermikulitem przed dodaniem do gleby; b) zawieszane w wodzie, któr¹ zraszano glebê; c) rozpylane w postaci py³u lub aerozolu; d) zamykane w kapsu³kach z substancji koloidalnych i rozsiewane; e) umieszczane w formie otoczki na powierzchni nasion. Metodê rozsiewania przy u yciu systemu nawadniaj¹cego stosuje siê do aplikacji zarodników w szkó³kach, gdzie hoduje siê sadzonki z odkrytym systemem korzeniowym. W tym wypadku konieczne s¹ przynajmniej dwie inokulacje. W ich wyniku Rhizopogon vinicolor i R. colossus tworzy³y obfite ektomikoryzy z daglezj¹ (Pseudotsuga menziesii). Dwa lata po wysadzeniu na sta³e miejsce, siewki z ektomikoryz¹ R. vinicolor mia³y znacznie wiêksz¹ prze ywalnoœæ, wysokoœæ czêœci nadziemnej, œrednicê szyjki korzeniowej i biomasê ni siewki niepoddane sztucznej inokulacji. W USA w 1990 roku inokulowano zarodnikami 18 milionów siewek daglezji i sosny w szkó³kach z zakrytym systemem korzeniowym (85%) i w szkó³kach z odkrytym systemem korzeniowym (15%). Wydaje siê, e w polskim leœnictwie zastosowanie szczepionki zarodnikowej na wiêksz¹ skalê jest ma³o realne, gdy tê metodê bêdzie zawsze ograniczaæ dostêpnoœæ owocników. Na ma³¹ natomiast skalê gospodarcz¹ w szkó³kach, gdzie obni ona zosta³a populacja grzybów mikoryzowych, ka dy leœniczy szkó³karz mo e pokusiæ siê o wzbogacenie populacji grzybów symbiotycznych przez zastosowanie szczepionki zarodnikowej szczególnie tam, gdzie w pobli u szkó³ki wystêpuj¹ grzyby tworz¹ce znaczne iloœci zarodników, jak Rhizopogon czy Scleroderma. 21
Symbiozy mikoryzowe w teorii i praktyce leœnej W Polsce wp³yw szczepionki zarodnikowej z grzyba S. citrinum na wzrost siewek sosny badali Hilszczañska i Sierota (1998). Uzyskali oni pozytywny wp³yw szczepionki na liczbê i zró nicowanie morfotypów mikoryzowych przypadaj¹cych na jedn¹ siewkê, szczególnie w jednym z wariantów doœwiadczenia, kiedy inokulacja mia³a miejsce wiosn¹ i by³a po³¹czona z dodatkowym nawiezieniem kwatery kompostem. Szczepionka wegetatywna, oparta na czystych kulturach grzybów mikoryzowych Szczepionka wegetatywna, oparta na grzybni wyizolowanej z owocników grzybów ektomikoryzowych lub ektomikoryz, jest zalecana jako najbardziej trafny biologicznie materia³ do inokulacji. Szczepionka taka, w odró nieniu od szczepionki zarodnikowej, mo e byæ dostêpna w iloœciach nieograniczonych, pod warunkiem rozwiniêcia technologii produkcji inokulum grzybniowego. Inokulum wegetatywne mo e byæ zastosowane do mikoryzacji siewek hodowanych w szkó³kach z zakrytym i odkrytym systemem korzeniowym. Wynik inokulacji mo na uznaæ za pozytywny wówczas, gdy ektomikoryzy z oczekiwanym grzybem tworzy 50% korzeni drobnych siewek. Do uzyskania takiego wyniku jest jednak konieczna sterylizacja pod- ³o a. Jednym z prekursorów nowoczesnej mikoryzacji by³ badacz wêgierski R. Bokor. Spoœród 23 gatunków grzybów mikoryzowych uzyskanych ze skie³kowanych zarodników i testowanych na sterylnych siewkach, efektywne mikoryzy uzyska³ a z 15 gatunkami. Jako najbardziej polecane w inokulacji siewek dêbu Bokor (1958) uzna³ gatunki Boletus edulis (borowik szlachetny, prawdziwek), B. scaber, B. subtomentosus = Xerocomus subtomentosus (podgrzybek zaj¹czek), Amanita vaginata (muchomor mglejarka), Russula cyanoxantha (go³¹bek modro ó³ty), R. alutacea (go³¹bek cukrówka), R. fragilis (go³¹bek kruchy), Scleroderma vulgare = S. citrinum (têgoskór pospolity) i H. crustuliniforme (w³oœnianka rosista). Siewki dêbu inokulowane wymienionymi gatunkami grzybów wykazywa³y jesieni¹, po dwóch latach wzrostu w szkó³ce, niemal czterokrotny wzrost suchej masy. Do inokulacji siewek dêbu Bokor (1958) zaleca³ 20 g inokulum (w formie pod³o a torfowego przeroœniêtego grzybni¹ odpowiedniego symbionta mikoryzowego) w po³¹czeniu z niewielk¹ iloœci¹ sproszkowanej kory lub taniny w celu ograniczenia rozwoju bakterii i stymulowania rozwoju grzybni mikoryzowej. Shemakhanova (1961) tak e prowadzi³a doœwiadczenia nad wp³ywem czystych kultur grzybów mikoryzowych na wzrost siewek dêbu. Kultury grzybów A. rubescens (muchomor czerwonawy), A. muscaria (muchomor czerwony), B. subtomentosus (podgrzybek zaj¹czek) i niezidentyfikowany grzyb wyizolowany z mikoryzy dêbu wywiera³y pozytywny wp³yw na rozwój siewek tego gatunku. Autorka wykonywa³a swoje doœwiadczenia z myœl¹ o zastosowaniu wyselekcjonowanych grzybów mikoryzowych w produkcji szczepionki mikoryzowej i wykaza³a, e grzybnia dodana do sterylnej gleby z dodatkiem glukozy i witaminy B1 prze ywa w niej do 20 miesiêcy. Prace Shemakhanovej nie by³y, niestety, kontynuowane, ale w owych czasach reprezentowa³y bardzo wysoki poziom i do dziœ s¹ podwalin¹ wiedzy o produkcji szczepionek mikoryzowych (Shemakhanova 1962, Mishustin, Shemakhanova 1964). 22
III. Doœwiadczenia œwiatowe w praktycznym stosowaniu mikoryzacji sadzonek drzew... Szeroko zakrojone prace nad sterowan¹ mikoryzacj¹ siewek dêbu i ich zastosowaniem w leœnictwie kontynuowano we Francji, gdzie podobnie jak w Polsce Q. petraea i Q. robur s¹ powszechnie sadzone i maj¹ du y udzia³ siewek hodowanych w szkó³kach leœnych. Garbaye (1984) wykaza³, e do inokulacji siewek dêbu najbardziej nadaj¹ siê takie symbionty jak H. crustuliniforme (w³oœnianka rosista), H. cylindrosporum, S. aurantium = S. citrinum (têgoskór pospolity), P. involutus (krowiak podwiniêty) i P. tinctorius oraz kilka innych niezidentyfikowanych grzybów mikoryzowych. Badania wykaza³y, e mikoryzy S. aurantium s¹ najbardziej konkurencyjne w porównaniu z innymi symbiontami i powoduj¹ ograniczenie rozwoju innych naturalnych mikoryz, a nawet ca³kowicie je wypieraj¹. Z kolei mikoryzy H. crustuliniforme maj¹ w³aœciwoœæ jednoczesnego rozwoju obok innych symbiontów. Francuskie doœwiadczenia kontrolowanej mikoryzacji dêbu maj¹ ju doœæ d³ug¹ tradycjê i pozwalaj¹ oceniæ jej efekty z perspektywy kilkunastu lat. Wysadzone w pó³nocno-wschodniej Francji siewki Q. robur, inokulowane grzybni¹ P. involutus, jeszcze po 16 latach wykazywa³y istotne ró nice w stosunku do drzew nieinokulowanych. By³y zdecydowanie wy sze, choæ mia³y tendencje do tworzenia wiêkszej liczby pêdów œwiêtojañskich, które jednak by³y niewielkie i stosunkowo szybko zamiera³y. Autorzy konkluduj¹, e przyspieszony wzrost czêœci nadziemnej badanych dêbów, jako efekt mikoryzacji kilkumiesiêcznych siewek, nie przek³ada siê na adne uboczne skutki w dalszych etapach wzrostu drzew (Fournier i wsp. 2003). W szkó³kach po³udniowych stanów USA ka dego roku hoduje siê, przy u yciu szczepionki wegetatywnej, 25 30 milionów siewek drzew z ektomikoryz¹. W licznych badaniach sztucznej inokulacji siewek drzew przy u yciu szczepionki wegetatywnej zastosowano 66 gatunków grzybów ektomikoryzowych do szczepienia 49 gatunków drzew. Grzyb P. tinctorius tworzy³ ektomikoryzy z 29 gatunkami drzew, a ka dy z gatunków: Cenococcum geophilum, H. crustuliniforme, L. bicolor, L. laccata, S. granulatus, S. luteus, T. terrestris przynajmniej z szeœcioma gatunkami drzew. Selekcja grzybów ektomikoryzowych do sztucznych inokulacji W programie sztucznej inokulacji pierwszym i najwa niejszym krokiem jest selekcja grzybów. Nie wszystkie bowiem gatunki grzybów tworz¹ mikoryzy jednakowo korzystne dla gospodarza. W wyborze grzybów nale y wzi¹æ pod uwagê zarówno kryteria ekofizjologiczne jak i techniczne. Podstawowym kryterium, które musi spe³niaæ grzyb, to zdolnoœæ tworzenia obfitych ektomikoryz na siewkach mo liwie wielu gatunków drzew, w mo liwie niewielkim czasie, skoro tylko siewki wytworz¹ krótkie korzenie. Takie mo liwoœci maj¹ grzyby wczesnego stadium rozwojowego drzew (Hebeloma sp., Laccaria sp., Suillus sp., Rhizopogon sp., Paxillus sp., itp.), które w warunkach naturalnych tworz¹ mikoryzy z m³odymi osobnikami drzew. W ramach wstêpnych testów nale y porównaæ wiele izolatów z ró nych gatunków drzew i ró nych regionów geograficznych. Wybrany grzyb powinien cechowaæ siê zdolnoœci¹ szybkiego wzrostu w czystych kulturach i dobrze znosiæ ró ne zabiegi fizyczne, chemiczne i biologiczne. In- 23
Symbiozy mikoryzowe w teorii i praktyce leœnej okulum grzybowe musi byæ zdolne do prze ywania w glebie 4 6 tygodni bez kontaktu z korzeniami symbionta roœlinnego. Ten czas jest potrzebny na inokulacjê gleby w szkó³ce, wysianie nasion, ich skie³kowanie i wytworzenie przez siewkê krótkich korzeni, na których mog¹ rozwin¹æ siê ektomikoryzy. Cech¹ korzystn¹ dla funkcjonowania symbiozy ektomikoryzowej jest produkcja grzybni absorpcyjnej, sznurów grzybniowych i sklerocjów, które zwiêkszaj¹ absorpcjê zwi¹zków mineralnych i wody oraz mo liwoœæ przetrwania grzybni w pod³o u. Atrakcyjnoœæ grzyba zwiêksza jego zdolnoœæ do utrzymania aktywnoœci yciowej i mikoryzogennej przez kilka tygodni od wyprodukowania szczepionki do zastosowania jej w szkó³ce. W szkó³kach leœnych ponadto grzyb musi byæ odporny na antagonistyczne dzia³anie innych organizmów glebowych, w tym tak e innych grzybów ektomikoryzowych. Powinien mieæ tak e zdolnoœæ zdominowania grzybów naturalnie wystêpuj¹cych w szkó³kach, np. T. terrestris. Wybrany grzyb musi równie dobrze tolerowaæ stosowane w szkó³kach œrodki chemiczne, jak: fungicydy, herbicydy, nematocydy, nawozy azotowe, wapnowanie oraz zabiegi techniczne spulchnianie gleby lub podcinanie korzeni. Bardzo wa nym kryterium jest adaptacja ekologiczna wybranych grzybów do typu œrodowiska, w którym zostanie posadzona wiêkszoœæ siewek. Grzyb musi byæ przystosowany do skrajnych warunków glebowych oraz klimatycznych i pomóc przetrwaæ siewkom szok zwi¹zany z przesadzeniem z dobrze nawadnianej i nawo- onej gleby szkó³kowej do nieuprawianych gleb leœnych o ma³ej zawartoœci nieorganicznych zwi¹zków pokarmowych. Wp³yw grzyba wprowadzonego drog¹ sztucznej inokulacji na siewki mo e trwaæ tylko przez krótki czas po przeniesieniu ich na uprawê, jednak e korzyœci, jakie daj¹ siewkom ektomikoryzy z odpowiednio wybranym grzybem, mog¹ zadecydowaæ o ich yciu i pocz¹tkowym wzroœcie. Wiêkszoœæ badaczy zwi¹zanych z hodowl¹ siewek ektomikoryzowych jest zdania, e najlepsze dla danego stanowiska to grzyby miejscowe. Gruntowne badania mog¹ wskazaæ idealne kombinacje symbiotyczne grzyb drzewo dla ka dego zespo- ³u warunków ekologicznych. Jednak e ze wzglêdów praktycznych szuka siê raczej grzybów o szerokim zastosowaniu, tak aby ograniczyæ do niezbêdnego minimum liczbê symbiontów grzybowych wprowadzanych w praktyce. Dobrym przyk³adem jest grzyb P. tinctorius, produkowany od lat w formie wegetatywnej szczepionki ektomikoryzowej w USA. Gatunek ten, o du ych zdolnoœciach adaptacyjnych do ró nych warunków glebowych i wyj¹tkowo tolerancyjny na podwy szon¹ temperaturê gleby, okaza³ siê bardzo korzystny dla siewek wielu gatunków drzew sadzonych na stanowiskach w po³udniowych stanach USA. Do produkcji szczepionki ektomikoryzowej w laboratoriach USDA Forest Service i Laboratorium Abbott w Chicago wybrano jeden szczep tego gatunku, wyizolowany ponad 30 lat temu z owocnika rosn¹cego pod Pinus taeda w pó³nocno-wschodniej Georgii, okreœlany jako superszczep, który by³ testowany w szkó³kach kontenerowych i z odkrytym systemem korzeniowym. Po inokulacjach roœlin gospodarzy i ponownych izolacjach wegetatywnych szczep ten sta³ siê jeszcze bardziej agresywny i zdolny do tworzenia wiêkszej liczby ektomikoryz, ni szczep macierzysty lub inne izolaty tego gatunku. Izolat superszczepu jest odnawiany ka dego roku z ektomikoryz lub owocników produkowanych w szkó³kach, gdzie szczepiono 24